DE102017202186A1

DE102017202186A1 - Fahrzeugachse für ein zweispuriges Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017202186A1
Application number: DE102017202186.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ottinger; Sven Schmalzrieth; Vladimir Idelevitch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einer Querblattfeder (25), die einen sich in der Fahrzeugquerrichtung (y) erstreckenden Querblattfeder-Grundkörper (27) aufweist, der an jeder seiner in der Fahrzeugquerrichtung (y) gegenüberliegenden Fahrzeugseiten über einen fahrzeugäußeren, radträgerseitigen Anlenkpunkt (29) an einem, ein Fahrzeugrad tragenden Radträger (8) angelenkt ist und an zumindest einer fahrzeuginneren, aufbauseitigen Lagerstelle (31) am Fahrzeugaufbau (1) gelagert ist. Erfindungsgemäß weist die Querblattfeder (25) zumindest einen vom Querblattfeder-Grundkörper (27) abragenden Stützabschnitt (37) auf. Der Stützabschnitt (37) ist mit seinem oberen Fußpunkt (39) am Fahrzeugaufbau (1) und mit seinem unteren Fußpunkt (47) am Querblattfeder-Grundkörper (27) abgestützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse für ein zweispuriges Fahrzeug, in der eine Querblattfeder verbaut ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Querblattfeder kann in Kombination sowohl die Funktion eines Stabilisators, einer Tragfeder, auf der der Fahrzeugaufbau abstützbar ist, als auch eines Radführungselementes übernehmen, das zusammen mit weiteren Radführungselementen das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugrads bestimmt. Auf diese Weise kann die Fahrzeugachse sehr kompakt und bauraumsparend sowie im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugachsen mit reduziertem Bauteilgewicht ausgebildet werden.
Aus der DE 10 2010 022 895 A1 ist eine gattungsgemäße Fahrzeugachse bekannt, bei der sich die Querblattfeder in einer Fahrzeugquerrichtung erstreckt und an jeder Fahrzeugseite über einen fahrzeugäußeren radträgerseitigen Anlenkpunkt an einem, ein Fahrzeugrad tragenden Radträger angelenkt ist. Zudem ist die Querblattfeder über zwei fahrzeuginnere, voneinander beabstandete aufbauseitige Lagerstellen am Fahrzeugaufbau gelagert. Jede dieser aufbauseitigen Lagerstellen wird in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen mit einem Tragsegment der Querblattfeder um eine wirksame Federlänge überragt. Das Tragsegment der Querblattfeder ist an der radträgerseitigen Anlenkstelle mit dem Radträger verbunden. In der DE 10 2010 022 895 A1 sind die beiden aufbauseitigen Lagerstellen der Querblattfeder mittels zumindest eines Aktuators in der Fahrzeugquerrichtung verstellbar, wodurch die jeweiligen wirksame Federlänge des Tragsegmentes der Querblattfeder erhöht und/oder reduziert wird.
Aus der EP 2 477 825 B1 ist eine weitere Fahrzeugachse, in der eine Querblattfeder verbaut ist. Die Querblattfeder weist einen sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querblattfeder-Grundkörper auf, von dem Federabschnitte in der Fahrzeughochrichtung nach oben oder nach unten abragen. Aus der DE 601 192 16 T2 und aus DE 601 192 17 T2 ist eine Radaufhängung für ein Fahrzeug bekannt, in der ebenfalls eine Querblattfeder verbaut ist, die die Räder einer Achse verbinden. Die Querblattfeder verbindet zwei, die Achse bildenden Abschnitte. Zwei Umlenkhebel sind einerseits an der Karosserie und andererseits an der Querblattfeder angebunden. Bei einer Auslenkung der Querblattfeder während einer Ein- oder Ausfederung stützt sich einer der Umlenkhebel an der Karosserie ab. Aus der DE 10 2010 056 388 A1 und aus der DE 10 2008 028 07795 A1 sind ebenfalls Blattfedern bekannt, denen Aktuatoren zugeordnet sind, die entweder einen Zentralsteller aufweisen oder an den Lagerstellen der Querblattfedern ausgebildet sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fahrzeugachse für ein zweispuriges Fahrzeug bereitzustellen, bei der die wirksame Federlänge der Querblattfeder in einfacher Weise vergrößert werden kann und/oder zusätzlich die Federcharakteristik der Querblattfeder in einfacher Weise variierbar ist unter anderem für eine Niveauverstellung.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem Patentanspruch 1 weist die Querblattfeder einen sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querblattfeder-Grundkörper, dessen äußere Tragsegmente jeweils an einem, ein Fahrzeugrad tragenden Radträger angelenkt sind, und zumindest einen davon abragenden Stützabschnitt auf. Der Stützabschnitt der Querblattfeder ist mit seinem oberen Fußpunkt am Fahrzeugaufbau und mit seinem unteren Fußpunkt am Querblattfeder-Grundkörper abgestützt. In der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse wirkt somit der Querblattfeder-Grundkörper mit einer ersten Federlänge sowie einer ersten Federkonstante, während der Stützabschnitt der Querblattfeder mit einer zweiten Federlänge sowie einer zweiten Federkonstante wirkt. Der Stützabschnitt sowie das Tragsegment der Querblattfeder sind in Reihe zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem jeweiligen Radträger geschaltet, wodurch die wirksamen Federlängen des Tragsegmentes sowie des Stützabschnittes der Querblattfeder unter Bildung eines Gesamt-Federwegs aufaddiert werden. Entsprechend werden auch die Federkonstanten des Tragsegmentes und des Stützabschnittes zu einer Gesamt-Federkonstante aufaddiert.
In einer technischen Umsetzung kann der Stützabschnitt der Querblattfeder als eine vom Querblattfeder-Grundkörper separate Einzelfeder ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Stützabschnitt der Querblattfeder materialeinheitlich und/oder einstückig mit dem Querblattfeder-Grundkörper ausgebildet sein. Im Hinblick auf eine weitere Einsparung des Bauteilgewichtes ist es bevorzugt, die Querblattfeder aus einem Faserverbundkunststoff herzustellen, etwa aus GFK mit Fasereinlagen aus CFK.
Der vom Querblattfeder-Grundkörper nach oben abragende Stützabschnitt kann in beliebiger Bauform ausgeführt sein. Im Hinblick auf eine kompakte Fahrzeugachse ist es bevorzugt, den Stützabschnitt ebenfalls als Blattfeder zu realisieren, dessen Längserstreckungsrichtung (Längsachse) in der Fahrzeughochrichtung verläuft.
Im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsfähigkeit der Querblattfeder ist es bevorzugt, wenn der untere Fußpunkt des Stützabschnittes in der Fahrzeugquerrichtung um einen Querversatz nach fahrzeugaußen versetzt zur aufbauseitigen Lagerstelle des Querblattfeder-Grundkörpers positioniert ist. In diesem Fall befindet sich der untere Fußpunkt des Stützabschnittes in der Fahrzeugquerrichtung zwischen der aufbauseitigen Lagerstelle des Querblattfeder-Grundkörpers und dem radträgerseitigen Anlenkpunkt.
In einer konkreten Ausführung kann der Stützabschnitt winkelprofilförmig mit einem Vertikalschenkel und einem Horizontalschenkel ausgebildet sein. Der Vertikalschenkel kann mit seinem oberen Fußpunkt am Fahrzeugaufbau abgestützt sein, während der Horizontalschenkel unter Bildung des unteren Fußpunktes durchgängig auf dem Querblattfeder-Grundkörper abgestützt ist und an diesem fest angebunden ist.
Wie bereits oben erwähnt, kann der Querblattfeder-Grundkörper an zwei, voneinander in der Fahrzeugquerrichtung beabstandeten aufbauseitigen Lagerstellen am Fahrzeugaufbau gelagert sein. In diesem Fall weist der Querblattfeder-Grundkörper einen sich zwischen den beiden Lagerstellen erstreckenden Mittelabschnitt auf, der in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen beidseitig mit einem Tragsegment verlängert ist, der fahrzeugaußen an der radträgerseitigen Anlenkstelle am Radträger angelenkt ist. In einer bevorzugten Auslegung der Querblattfeder wirkt dessen Tragsegment als Haupttragfeder, während dem Stützabschnitt als eine Hilfstragfeder wirkt, wobei die Auslegung der Haupt- und Hilfsfeder durch entsprechende Änderung der Federlänge bzw. des Materialaufbaus bewerkstelligt werden kann.
Der Stützabschnitt der Querblattfeder kann mit seinem oberen Fußpunkt über ein Lager (zum Beispiel ein Elastomerlager) am Fahrzeugaufbau angebunden sein. Das Lager kann passiv oder aktiv ausgeführt sein. Bei einem aktiven Lager ist zusätzlich zumindest ein zum Beispiel elektronisch ansteuerbarer Aktuator bereitgestellt, mit dem das Lager, insbesondere in der Fahrzeugquerrichtung, um einen Stellweg verstellbar ist. Auf diese Weise kann eine auf den Stützabschnitt wirkende Biegebelastung aufgebaut oder abgebaut werden, wodurch die Federsteifigkeit oder allgemein die Federcharakteristik des Stützabschnittes einstellbar ist.
Der Aktuator kann beispielhaft ein Linearaktuator oder ein rotatorisch arbeitender Aktuator sein, bei dem der obere Fußpunkt des Stützabschnittes exzentrisch an einer drehbaren Aufnahme des Aktuators angebunden ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Aktuator als ein Dämpferelement, insbesondere ein Rotationsdämpfer, ausgebildet sein, der zusammen mit der Querblattfeder eine Feder-Dämpfer-Einheit der Fahrzeugachse bildet.
Die Querblattfeder kann außerdem als ein Radführungselement wirken, das Bestandteil eines Mehrlenkerverbandes ist, bei dem der Radträger über weitere Radführungselemente, zum Beispiel Radlenker, unmittelbar am Fahrzeugaufbau oder an dessen Hilfsrahmen angelenkt ist. Der Mehrlenkerverband kann eine obere Lenkerebene und eine untere Lenkerebene aufweisen, in der die einzelnen Radführungselemente der Fahrzeugachse positioniert sind, wobei die Querblattfeder bevorzugt in der unteren Lenkerebene angeordnet ist.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 in einer Ansicht von vorne eine Fahrzeug-Hinterachse für ein zweispuriges Fahrzeug;
2 die Fahrzeugachse in einer perspektivischen Darstellung;
3 und 4 jeweils perspektivische Teilansichten der Fahrzeugachse; und
5 eine in der Fahrzeugachse verbaute Querblattfeder in Alleinstellung.

In der 1 ist eine Fahrzeug-Hinterachse eines zweispuriges Kraftfahrzeugs gezeigt, bei der ein rahmenförmiger Hilfsrahmen 1 an seinen Hilfsrahmenlagern 3 an einem nicht gezeigten Fahrzeugaufbau anbindbar ist. Dabei kann es sich um eine elastische Lagerung oder um eine steife Anbindung handeln. Der Hilfsrahmen 1 weist seitlich äußere Hilfsrahmen-Längsträger 5 auf, die über vordere und hintere Hilfsrahmen-Querträger 7 miteinander verbunden sind. Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, weist die Fahrzeugachse außerdem an beiden Seiten jeweils einen, ein Fahrzeugrad tragenden Radträger 8 auf, der über einen Mehrlenkerverband 9 gelenkig am Hilfsrahmen 1 angebunden ist.
Der Mehrlenkerverband 9 (zum Beispiel ein Fünflenkerverband) ist gemäß den 3 und 4 unter anderem aus drei dargestellten Querlenkern aufgebaut, von denen sich der Querlenker 11 in einer oberen Lenkerebene befindet, während die beiden Querlenker 13, 15 in einer unteren Querlenkerebene positioniert sind. Die Querlenker 11, 13, 15 sind hilfsrahmenseitig an Lagerkonsolen 17 (4) angelenkt, die jeweils am Hilfsrahmen-Längsträger 5 ausgebildet sind. Auf dem unteren Querlenker 15 ist ein in der 1 oder 2 gezeigter Linearstoßdämpfer 19 abgestützt, dessen obere Kolbenstange 21 am nicht gezeigten Fahrzeugaufbau angebunden ist. Die Querlenker 11, 13, 15 sind außerdem an radträgerseitigen Anlenkstellen 23 (4) zum Beispiel über Gummi-Metall-Lager, am Radträger 8 angelenkt.
Der Linearstoßdämpfer 19 bildet zusammen mit einer in der Fahrzeugachse verbauten Querblattfeder 25 eine Feder-Dämpfer-Einheit, bei der die Querblattfeder 25 als eine Tragfeder wirkt, auf der der Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Die Querblattfeder 25 ist in den Figuren zweiteilig aufgebaut, und zwar mit einem sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querblattfeder-Grundkörper 27, der an jeder seiner in der Fahrzeugquerrichtung y gegenüberliegenden Fahrzeugseiten über einen radträgerseitigen Anlenkpunkt 29 (1 oder 2) am Radträger 8 angelenkt ist.
Der Querblattfeder-Grundkörper 27 ist in den 1 oder 2 an zwei fahrzeuginneren, aufbauseitigen Lagerstellen 31 am Fahrzeugaufbau (das heißt an dessen Hilfsrahmen 1) gelagert. Entsprechend weist der Querblattfeder-Grundkörper 27 einen sich zwischen den beiden Lagerstellen 31 erstreckenden Mittelabschnitt 33 (1) auf, der beidseitig über die Lagerstellen 31 hinaus mit einem Tragsegment 35 vorgegebener erster Federlänge l₁ verlängert ist. Das Tragsegment 35 ist fahrzeugaußen an der radträgerseitigen Anlenkstelle 23 am Radträger 8 angelenkt.
Der Querblattfeder-Grundkörper 27 bildet somit an jeder Fahrzeugseite ein Radführungselement und ist als solcher Bestandteil des Mehrlenkerverbandes 9, bei dem die Querlenker 11, 13, 15 sowie der Querblattfeder-Grundkörper 27 das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugrads bestimmen.
Wie aus den Figuren weiter hervorgeht, weist jedes der beiden Tragsegmente 35 einen in der Fahrzeughochrichtung z nach oben abragenden Querblattfeder-Stützabschnitt 37 auf. Dieser ist mit seinem oberen Fußpunkt 39 an einem später beschriebenen hilfsrahmenseitigen Lager 41 abgestützt und mit seinem unteren Fußpunkt 47 am Querblattfeder-Grundkörper 27 abgestützt. Der Stützabschnitt 37 ist in den Figuren winkelprofilförmig mit einem Vertikalschenkel 45 und einem Horizontalschenkel ausgebildet. Der Vertikalschenkel 45 ist mit seinem oberen Fußpunkt 39 am hilfsrahmenseitigen Lager 41 angebunden, während der Horizontalschenkel unter Bildung des unteren Fußpunktes 47 großflächig auf dem Querblattfeder-Grundkörper 27 abgestützt ist.
Der winkelprofilförmige Stützabschnitt 37 ist aus einem Flachmaterial geformt, so dass auch der nach oben abragende Vertikalschenkel 45 als Biegefeder zwischen dem hilfsrahmenseitigen Lager 41 und dem Querblattfeder-Grundkörper 27 wirken kann. Dessen in der Fahrzeughochrichtung z ausgerichtete Hauptwirkungslinie überkreuzt den Querblattfeder-Grundkörper 27 und ist gemäß der 3 um einen Querversatz von der aufbauseitigen Lagerstelle 31 nach fahrzeugaußen versetzt.
Erfindungsgemäß ist sowohl der Querblattfeder-Grundkörper 27 als auch der Stützabschnitt 37 der Querblattfeder 25 aus einem Faserverbundkunststoff ausgebildet, bei dem die Kunststoffmatrix aus GFK gebildet ist und Fasereinlagen zum Beispiel aus CFK aufweist.
Der Materialaufbau sowie die wirksamen Federlängen l₁, l₂ des Vertikalschenkels 45 des Stützabschnittes 37 und des Tragsegmentes 35 sowie deren Materialaufbau sind so aufeinander abgestimmt, dass das Tragsegment 35 als Hauptfeder wirkt, während der Vertikalschenkel 45 des Stützabschnittes 37 als Hilfsfeder ausgelegt ist, die in Reihe zur Hauptfeder geschaltet ist.
In der 3 ist die Querblattfeder 25 zusammen mit den Querlenkern 11, 13, 15 Bestandteil des Querlenkerverbandes und definiert somit das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugrads.
In der 3 und 5 ist dem Lager 41 ein Linear-Aktuator 49 zugeordnet, mit dem das Lager 41 in der Fahrzeugquerrichtung y um einen Stellweg Δy verstellbar ist. Dadurch kann eine auf den Stützabschnitt 37 wirkende Biegebelastung auf- oder abgebaut werden, wodurch die Federcharakteristik des Stützabschnittes 37 einstellbar ist. Alternativ kann das Lager 41 auch unmittelbar als Aktuator realisiert sein
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010022895 A1 [0003]
EP 2477825 B1 [0004]
DE 60119216 T2 [0004]
DE 60119217 T2 [0004]
DE 102010056388 A1 [0004]
DE 10200802807795 A1 [0004]

Claims

Fahrzeugachse für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einer Querblattfeder (25), die einen sich in der Fahrzeugquerrichtung (y) erstreckenden Querblattfeder-Grundkörper (27) aufweist, der an jeder seiner in der Fahrzeugquerrichtung (y) gegenüberliegenden Fahrzeugseiten über einen fahrzeugäußeren, radträgerseitigen Anlenkpunkt (29) mittelbar oder unmittelbar an einem, ein Fahrzeugrad tragenden Radträger (8) angelenkt ist und an zumindest einer fahrzeuginneren, aufbauseitigen Lagerstelle (31) am Fahrzeugaufbau (1) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querblattfeder (25) zumindest einen vom Querblattfeder-Grundkörper (27) abragenden Stützabschnitt (37) aufweist, und dass der Stützabschnitt (37) mit seinem oberen Fußpunkt (39) am Fahrzeugaufbau (1) und mit seinem unteren Fußpunkt (47) am Querblattfeder-Grundkörper (27) abgestützt ist.
Fahrzeugachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querblattfeder-Stützabschnitt (37) als eine vom Querblattfeder-Grundkörper (27) separate Einzelfeder oder materialeinheitlich und/oder einstückig mit dem Querblattfeder-Grundkörper (27) ausgebildet ist.
Fahrzeugachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querblattfeder-Stützabschnitt (37) eine Blattfeder ist, und dass insbesondere die Längserstreckungsrichtung der Blattfeder in der Fahrzeughochrichtung (z) verläuft.
Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Fußpunkt (47) des Stützabschnittes (37) in der Fahrzeugquerrichtung (y) zwischen der aufbauseitigen Lagerstelle (31) des Querblattfeder-Grundkörpers (27) und dem radträgerseitigen Anlenkpunkt (29) positioniert ist.
Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützabschnitt (37) winkelprofilförmig mit einem Vertikalschenkel (45), der mit seinem oberen Fußpunkt (39) am Fahrzeugaufbau (1) abgestützt ist, und mit einem Horizontalschenkel ausgebildet ist, der unter Bildung des unteren Fußpunktes (47) auf dem Querblattfeder-Grundkörper (27) abgestützt ist.
Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querblattfeder-Grundkörper (27) zwischen der aufbauseitigen Lagerstelle (31) und dem radträgerseitigen Anlenkpunkt (29) ein als Hauptfeder wirkendes Tragsegment (35) mit einer ersten Federlänge (l₁) sowie einer ersten Federkonstante (c₁) bildet, und dass der Stützabschnitt (37) als eine Hilfsfeder mit einer zweiten Federlänge (l₂) sowie einer zweiten Federkonstante (c₂) wirkt, wobei insbesondere die Hauptfeder und die Hilfsfeder in Reihe geschaltet sind.
Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützabschnitt (37) mit seinem oberen Fußpunkt (39) über ein Lager (41) am Fahrzeugaufbau (1) angebunden ist, und dass insbesondere das Lager (41) als ein aktives Lager mit zugeordnetem Aktuator (49) ausgeführt ist, mit dem das Lager (41), insbesondere in der Fahrzeugquerrichtung (y), um einen Stellweg (Δy) verstellbar ist, und zwar unter Aufbau oder Abbau einer auf den Stützabschnitt (37) wirkenden Biegebelastung, wodurch die Federcharakteristik des Stützabschnitts (37) einstellbar ist.
Fahrzeugachse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (49) ein Linearaktuator oder ein rotatorisch arbeitender Aktuator ist, bei dem der obere Fußpunkt (39) des Stützabschnittes (37) exzentrisch an einer drehbaren Aufnahme des Aktuators angebunden ist, und/oder dass der Aktuator als ein Dämpferelement, insbesondere als ein Rotationsdämpfer, ausgebildet ist, der zusammen mit der Querblattfeder (25) eine Feder-Dämpfer-Einheit bildet.
Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querblattfeder (25) als ein Radführungselement an jeder Fahrzeugseite wirkt und Bestandteil eines Mehrlenkerverbands (9) ist, bei dem der Radträger (8) über weitere Radführungselemente (11, 13, 15), etwa Radlenker, am Fahrzeugaufbau (1) angelenkt ist.
Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querblattfeder (25) aus einem Faserverbundkunststoff, etwa aus GFK mit Fasereinlagen aus CFK, hergestellt ist, und/oder dass der Mehrlenkerverband (9) eine obere Lenkerebene und eine untere Lenkerebene aufweist, wobei die Querblattfeder (25) in der unteren Lenkerebene angeordnet ist.